栽插和秸秆还田方式对水稻氮素吸收利用和产量的影响

【目的】秸秆还田方式影响土壤和肥料中养分的有效性,本研究通过比较不同还田方式下水稻产量、氮素吸收利用的差异,为水稻人工插秧和毯苗机插技术选择适宜的秸秆还田方式提供依据。【方法】本试验于2016-2018年在成都温江四川农业大学水稻研究所试验田进行,以籼型三系杂交稻F优498为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为秸秆不还田(S0)、覆盖还田(S1)和翻埋还田(S2) 3种还田方式,副区为人工插秧(HT)和毯苗机插(MT) 2种栽插方式,氮肥用量为N 135 kg/hm^2,按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的比例施用。磷肥(过磷酸钙)用量为P2O5 90 kg/hm^2,作基肥一次施入;钾肥(氯化钾)用量为K2O 150 kg/hm^2,施用比例为基肥∶穗肥=7∶3。分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期和成熟期采集茎鞘、叶和穗样品测定干物重和氮含量,计算不同时期氮素积累、转运及氮素利用效率。【结果】秸秆还田方式对人工和机械插秧水稻产量、植株氮素积累及氮素利用具有显著影响。1)与S0相比,S1、S2处理提高了水稻产量,抑制了水稻分蘖盛期氮素积累,促进了拔节期至成熟期各器官及植株氮素积累,提高了植株氮含量,S1效果优于S2,且S1提高了氮素茎鞘转运量(44.1%)、茎鞘转运率(10.2%)、叶片转运量(23.5%)和穗氮增加幅度(21.2%),S2仅提高了氮素茎鞘转运量(24.7%)、茎鞘转运率(6.5%)和穗氮增加幅度(16.7%)。氮肥农学效率和氮素回收率表现为S1> S2,但S1、S2氮素的稻谷生产效率均有所降低。2)分蘖盛期至拔节期,HT处理的水稻各器官氮素积累、各时期植株氮素积累、氮素转运和产量均大于MT处理的,氮素回收率则显著低于MT处理的。秸秆还田方式对不同栽插方式氮素积累和转运的影响程度不一,分蘖盛期HT处理的氮素积累以S2处理最小,MT处理则以S1最小。两种栽插方式下拔节期至成熟期氮素积累和转运量、氮肥农学利用率及吸收利用率均以S1处理最大。【结论】从提高水稻产量和氮素利用率来看,人工插秧和毯苗机插均适宜采用小麦秸秆覆盖还田模式,并以覆盖还田结合人工插秧方式为最佳。     

秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响

  【目的】  通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响，揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律，为调节土壤养分，提高作物产量，改善土壤生物功能提供科学依据。  【方法】  基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验，选取不施肥 (CK)、单施化肥 (氮肥基追比1∶1，N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1 (SN1)、1∶1.5 (SN2) 和1∶2 (SN3) 共5个处理，于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0—20 cm土壤样品，采用常规方法测定土壤基础理化性质，采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性，采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。  【结果】  秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响，相比于N处理，SN1处理显著增产9.98%；SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期，相比于N处理，秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量，其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期，除土壤磷酸酶外，SN1处理土壤酶活性均为最高；SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外，其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析 (LEfSe) 显示，不同生育期比较，抽丝期最大LDA（linear discriminant analysis) 值为酸杆菌纲，收获期为芽单胞菌纲；而同一生育期各处理间比较，抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲，收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明，抽丝期土壤pH (P = 0.002)、有机质含量 (P = 0.004) 和收获期土壤pH (P = 0.03)、硝态氮 (P = 0.036)、速效钾 (P = 0.044) 含量对细菌群落结构产生显著影响。  【结论】  土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下，氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构，氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性，提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10 (未分类) 相对丰度，从而更有效地促进秸秆分解和转化，发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用，最终提高玉米产量和氮肥利用率。     

连续秸秆–紫云英协同还田对双季稻产量、养分积累及土壤肥力的影响

  【目的】  水稻秸秆和紫云英是稻田系统重要的原位有机肥源，明确长期连续秸秆–紫云英协同还田后水稻增产趋势、养分积累和土壤肥力变化特征，以便对秸秆和绿肥资源进行综合利用。  【方法】  本试验为3年连续大田试验 (2016―2018年)，以双季稻为研究对象，设置3个处理:1）早、晚稻秸秆不还田，冬季不种植紫云英 (CK)；2）早、晚稻秸秆全量还田，冬季不种植紫云英，即秸秆单独还田 (T1)；3）早、晚稻秸秆全量还田，冬季种植紫云英，即秸秆–紫云英协同还田 (T2)。各处理均施用等量化肥。  【结果】  相对于对照，连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田周年轮作下水稻产量分别增加1.93%～9.15%和1.34%～12.48%，且连续秸秆–紫云英协同还田周年增产效果随着试验年份的增加而增加。不同年份间水稻产量变异系数和可持续性指数分析表明，连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田均有利于双季稻持续性高产稳产，其中秸秆–紫云英协同还田效果优于秸秆单独还田。连续3年6季还田后，秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田对水稻产量的贡献率分别为6.92%和11.10%，其中秸秆–紫云英协同还田处理比秸秆单独还田处理高76.47%。与产量变化趋势一致，连续秸秆–紫云英协同还田不仅有利于早稻氮、磷、钾养分积累，对晚稻养分积累也有一定的后效作用。与试验初始土壤养分含量相比，2018年晚稻收获后，对照土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别降低了9.03%、11.11%、3.87%和10.57%。而相对于对照，连续秸秆–紫云英协同还田处理土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加了20.51%、25.00%、24.16%和20.37%；相对于秸秆单独还田处理有机碳、全氮和有效磷含量分别增加了2.73%、7.14%和14.19%。  【结论】  在双季稻轮作系统中，连续秸秆–紫云英协同还田有利于早稻和晚稻获得高产和稳产，同时增加早稻氮、磷、钾养分积累，提高土壤有机碳、全氮和有效磷含量，是综合利用秸秆和绿肥资源较好的方式。     

秸秆还田对再生稻田土壤有机碳组分的影响

  【目的】  在再生稻系统下，探讨秸秆还田对再生稻田土壤有机质组分及其养分含量的影响。  【方法】  试验设置秸秆不还田(CK)、水稻秸秆半量还田(SH)、水稻秸秆全量还田(SW)和水稻秸秆全量还田配施腐熟剂(SWF)共4个处理，分析各处理土壤有机碳及其组分和土壤速效养分含量。  【结果】  与秸秆不还田相比，秸秆还田能提高土壤有机碳及其组分含量。与CK处理相比，在头季和再生季水稻收获期，秸秆还田处理(SH、SW、SWF)土壤中水溶性有机碳含量分别增加了19.62%～22.63%、20.99%～41.48%；土壤中颗粒有机碳含量分别增加了8.47%～20.62%、24.71%～30.90%；三个施秸秆的处理间土壤总有机碳、胡敏酸和富里酸含量无明显差异。秸秆还田可以改变水溶性有机质结构，使其结构趋于简单。秸秆还田下土壤碱解氮、有效磷、速效钾和铵态氮含量均呈增加趋势；在头季水稻收获期，SWF处理的碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于CK处理。在再生季水稻收获期，与头季稻收获期相比，CK处理土壤速效养分含量呈下降趋势，而秸秆还田下各处理速效养分含量均呈增高趋势。  【结论】  秸秆还田可以提高再生稻田土壤有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳以及腐殖酸组分的含量，促进水溶性有机质结构的变化，从而有效改善土壤养分的供给能力。     

河套盐碱地不同利用方式土壤盐碱化特征差异分析

为研究河套平原盐碱地在不同利用方式对土壤盐碱化特征分布的影响,通过野外调查取样和室内分析相结合的方法,对5种土地利用方式下(林地、农用地、牧草地、改良地、盐荒地)不同深度土壤剖面形态特征、可溶盐含量、盐分离子组成、总碱度、pH、碱化度等指标的变化规律进行了系统研究。结果表明:不同利用方式土壤剖面土体结构、颜色、根系分布、石灰性反应及碱化层分布均有明显差异;土壤剖面的可溶性盐、阴阳离子分布因土地利用方式不同而存在差异,牧草地和林地土壤剖面可溶性盐呈"橄榄"型、盐荒地和改良地呈"表聚"型、农用地呈"底聚"型;土壤pH、碱化度和总碱度在剖面中的分布特征基本一致,呈"S"型;经不同利用方式土壤的盐化程度和碱化程度均有所下降,与盐荒地相比,农用地盐碱化指标下降的最为显著(P0.05),其中0—20 cm土壤全盐量降至0.88 g/kg,pH降至7.83,总碱度、ESP降至0.17 cmol/kg和12.54%,表明苏打盐碱地经农用后更有利于土壤脱盐化过程和脱碱化过程;土壤全盐量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、总碱度、pH可作为控制区域盐碱化的主要因子。研究结果为阐明河套平原盐碱地的盐碱化过程及盐碱化土壤利用模式提供技术参考。     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

长期秸秆配施化肥对土壤养分及小麦产量、品质的影响

以40年长期定位试验为平台,系统分析了不同施肥处理对暗棕壤土壤碳氮磷含量和小麦产量及品质的影响,为探讨长期施用秸秆条件下土壤肥力演变规律提供理论依据。试验设4个处理,分别为单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP),其中秸秆为隔年麦秸还田,用量为3 000 kg/hm~2,化肥N、P用量为N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2。结果表明:1)与NP处理相比,秸秆配施化肥处理(S+NP)显著增加了0～20 cm土壤有机碳含量和有效磷含量;秸秆还田条件下,S+1/2NP和S+1/4NP处理0～20 cm土壤中碳氮磷含量均低于S+NP处理,而对于20～40、40～60 cm土层养分含量差异表现不一致。2)不同施肥处理对春小麦产量及其构成因素有显著的影响,各施肥处理综合表现为:S+NPNPS+1/2NPS+1/4NP,即以S+NP处理春小麦产量最高;不同施肥处理对春小麦籽粒容重、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、延伸率和拉伸面积等品质指标影响不显著。综合分析各处理,结果表明:S+NP处理(即在秸秆还田条件下,施用N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2)相对其他处理,其保障小麦产量和提升(或维持)土壤肥力的效果最佳。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

长期秸秆还田和地下水位对土壤镉积累及有效性的影响

以1982年开始的长期定位试验为对象,研究了2个地下水位(高水位-20 cm和低水位-80 cm)下3种施肥方式(高量秸秆还田HS、常量秸秆还田MS、化肥CF)对水稻土镉积累及有效性的影响。结果表明:高水位条件下,长期秸秆还田可增加土壤总镉及有效态镉含量,HS和MS处理分别较CF处理提高21.8%、59.9%和9.8%、49.2%。低水位条件下,HS处理土壤总镉及有效态镉含量高于CF处理,较CF处理分别提高11.2%和31.6%; MS处理土壤总镉及有效态镉含量低于CF处理,较CF处理分别下降8.8%和14.3%。2012年,在保证原定位试验有足够重复的前提下,变更高水位条件下的部分试验处理。当HS处理变更为CF处理5 a后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前下降2.5%和5.7%;CF处理变更为MS处理后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前增加16.5%和58.9%。相同施肥处理,高水位土壤总镉含量高于低水位土壤。在MS处理下,高水位土壤有效态镉含量也高于低水位土壤,而在HS和CF处理下,低水位土壤有效态镉含量高于高水位土壤。土壤镉含量和土壤基本理化性质的相关分析表明,土壤总镉与土壤有机质、络合态铁含量极显著正相关,与pH显著负相关;土壤有效态镉与土壤pH、游离氧化铁极显著负相关。研究表明,施肥方式和地下水位是通过改变土壤的基本性质影响土壤镉的积累及其有效形态。     

小麦秸秆还田条件下钾肥减量对水稻产量及养分利用的影响

利用长江中下游稻麦轮作定位试验，研究小麦秸秆还田条件下，钾肥减量施用对土壤钾素含量、水稻产量和钾素累积量以及钾肥利用率的影响，为小麦秸秆还田后水稻钾肥合理施用提供科学依据。试验共设5个处理，分别为：秸秆还田+配方施肥（K_100%），秸秆还田+配方施肥钾肥减量10%（K_90%），秸秆还田+配方施肥钾肥减量20%（K_80%），秸秆还田+配方施肥钾肥减量30%（K_70%），秸秆还田+配方施肥不施钾肥（K₀）。采集3年水稻不同生育期植株和土壤样品，分析土壤钾素动态变化和水稻钾素吸收富集规律，并统计水稻产量和经济效益。3年试验结果表明，与K_100%相比，K_90%处理的土壤全钾和速效钾含量分别提高了3.13%和6.38%，水稻钾素总累积量和净累积量平均提高1.55%和5.13%，水稻平均增产2.19%；K_80%和K_70%处理的土壤全钾和速效钾含量分别平均减少12.58%~15.31%和4.26%~10.64%，水稻钾素总累积量平均减少了7.49%~13.62%，水稻净累积量平均增加了0.48%~1.78%，K_80%处理的水稻产量平均增加2.32%，而K_70%处理的水稻产量则平均降低了6.43%。与K_100%相比，钾肥减量（K_90%、K_80%、K_70%）能够显著增加水稻钾肥农学效率（15.51%~24.53%）、偏生产力（17.96%~25.40%）和钾素吸收利用率（17.53%~55.36%）（P<0.05）。当钾肥减量大于20%时，经济效益呈下降趋势。小麦秸秆还田条件下，与配方施肥相比（K_100%），钾肥减量10%对土壤速效钾含量影响不显著，但能够提高水稻钾素累积量；钾肥减量20%~30%会降低土壤速效钾含量以及水稻钾素累积量，提高水稻钾素净累积量；钾肥减量10%~20%对水稻产量影响不显著，但可以增加钾肥农学效率、偏生产力和钾肥吸收利用率及经济效益。